(57)【要約】  燃料電池システムであって、酸化剤ガス流路に供給される酸化剤ガスと、燃料ガス流路に供給される燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に供給する酸化剤ガスの量と燃料電池の電圧を調整する制御部と、を備える、制御部は、酸化剤ガスのストイキ比を通常運転の際の酸化剤ガスのストイキ比よりも小さくし、燃料電池からの廃熱を通常運転の際よりも大きくする低効率運転の際に、酸化剤ガスのストイキ比と燃料電池の電圧とに基づいて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定する閉塞度合い判定手段を備える。これによって、燃料電池システムの低効率運転の安定性を向上させることができる
2011013226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
酸化剤ガス流路に供給される酸化剤ガスと、燃料ガス流路に供給される燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
燃料電池に供給する酸化剤ガスの量と燃料電池の電圧を調整する制御部と、を備え、
制御部は、
酸化剤ガスのストイキ比を通常運転の際の酸化剤ガスのストイキ比よりも小さくし、燃料電池からの廃熱を通常運転の際よりも大きくする低効率運転の際に、酸化剤ガスのストイキ比と燃料電池の電圧とに基づいて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定する閉塞度合い判定手段を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
閉塞度合い判定手段は、
酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の電圧と燃料電池の運転電圧との電圧差に応じて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定する燃料電池システム。
【請求項３】
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
燃料電池の温度を取得する温度センサと、
燃料電池の電圧を取得する電圧センサと、
燃料電池の出力電流を取得する電流センサと、
酸化剤ガスの流量を取得する流量取得手段と、を備え、
制御部は、
温度センサによって取得した燃料電池の温度に基づいて燃料電池の基準電流電圧特性を計算する基準電流電圧特性計算手段と、
流量取得手段によって取得した酸化剤ガスの流量から酸化剤ガスのストイキ比を計算するスイトキ比計算手段と、
計算した基準電流電圧特性に基づいて電流センサによって取得した燃料電池の運転電流に対する基準電圧を計算し、計算した基準電圧から電圧センサによって取得した燃料電池の運転電圧を引いて酸化剤濃度過電圧を計算する酸化剤濃度過電圧計算手段と、を含み、
閉塞度合い判定手段は、酸化剤ガスのストイキ比と酸化剤濃度過電圧に基づいて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定する燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムであって、
閉塞度合い判定手段は、
酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の基準酸化剤濃度過電圧と酸化剤濃度過電圧計算手段によって計算した酸化剤濃度過電圧との電圧差に応じて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定する燃料電池システム。
【請求項５】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
制御部は、
酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の電圧と燃料電池の運転電圧との電圧差が所定の閾値よりも大きい場合には、燃料電池の電圧を上昇させて低効率運転から通常運転に移行した後、酸化ガス流量を増大させるブロー運転を行う酸化剤ガス流路ブロー手段を備える燃料電池システム。
【請求項６】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、
制御部は、
酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の基準酸化剤濃度過電圧と酸化剤濃度過電圧計算手段によって計算した酸化剤濃度過電圧との電圧差が所定の閾値よりも大きい場合には、燃料電池の電圧を上昇させて低効率運転から通常運転に移行した後、酸化ガス流量を増大させるブロー運転を行う酸化剤ガス流路ブロー手段を備える燃料電池システム。
【請求項７】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
酸化剤ガスは空気であり、
燃料ガスは水素であり、
制御部は、
酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の電圧と燃料電池の運転電圧との電圧差に応じてポンピング水素量を理論ポンピング水素量から増大させて補正ポンピング水素量とするポンピング水素補正手段と、
ポンピング水素量補正手段によって補正した補正ポンピング水素量に基づいて必要希釈空気量を計算する必要空気量計算手段と、
空気流量を必要空気量計算手段によって計算した必要希釈空気流量に増加させる空気流量増大手段と、を備える燃料電池システム。
【請求項８】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、
酸化剤ガスは空気であり、
燃料ガスは水素であり、
制御部は、
酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の基準酸化剤濃度過電圧と酸化剤濃度過電圧計算手段によって計算した酸化剤濃度過電圧との電圧差に応じてポンピング水素量を理論ポンピング水素量から増大させて補正ポンピング水素量とするポンピング水素補正手段と、
ポンピング水素量補正手段によって補正した補正後ポンピング水素量に基づいて必要希釈空気量を計算する必要空気量計算手段と、
空気流量を必要空気量計算手段によって計算した必要希釈空気流量に増加させる空気流量増大手段と、を備える燃料電池システム。
【請求項９】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
閉塞度合い判定手段は、
酸化剤ガスのストイキ比が１．０よりも小さい場合に、酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の電圧より燃料電池の運転電圧が高くなった度合いに応じて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定する燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、
閉塞度合い判定手段は、
酸化剤ガスのストイキ比が１．０よりも小さい場合に、酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の基準酸化剤濃度過電圧よりも酸化剤濃度過電圧計算手段によって計算した酸化剤濃度過電圧が低くなった度合いに応じて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定する燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムの低効率運転の際の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムには、電解質膜の両側に燃料極と酸化剤極とを配置し、燃料極に供給される水素と酸化剤極に供給される空気中の酸素との電気化学反応によって発電がされると共に酸化剤極に水が生成される燃料電池が多く用いられている。【０００３】
このような燃料電池は通常の運転温度よりも低い温度で運転すると所定の電圧、電流を出力できないので、始動の後、通常の運転温度に達するまで暖機運転を行う場合が多い。暖機運転の方法としては、燃料電池に供給する空気の供給量を通常の供給量よりも少なくし、エアストイキ比を通常運転の際のエアストイキ比よりも小さくする低効率運転を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、エアストイキ比とは、燃料電池の負荷に対応した理論必要空気量に対する実際の空気量の比率であり、通常運転の際のエアストイキ比は２．０程度である場合が多い。エアストイキ比を低く設定して低効率運転を実施すると、通常運転時よりもエア濃度過電圧が大きくなるので、水素と酸素との反応によって取り出せるエネルギーのうち熱損失（発電損失）が増大するものである。【０００４】
また、燃料電池を低温下で始動する際に、燃料電池の暖機運転を安定して行い、ガス供給不足による劣化を抑制するために、エアストイキ比を基準値の２．０と１．８との間で変化させ、水素ストイキ比を基準値の１．２から１．０５の間で変化させ、その際のセル電圧の変化率から各単位セルのセルストイキ比を計算し、各単位セルのストイキ比が所定値よりも低下している場合には空気、水素の供給量を増加させることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４１７４４号公報
【特許文献２】特開２００７−１８４２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料電池に供給する空気流量を低減し、エアストイキ比を低下させた低効率運転を行った場合、空気極には水素イオンと電子と酸素とが結合して水が生成されると共に、不足する空気流量に応じて水素イオンと電子が再結合して水素が生成される。この様に乖離した水素イオンと電子とが再結合することによって空気極に生成さる水素をポンピング水素という。空気極で生成された水とポンピング水素は空気極からの排出空気によって大気に放出される。【０００７】
ポンピング水素は空気によって希釈されて大気に排出されるが、低効率運転のために空気極に供給する空気流量が少なくなると、希釈が不十分となって排出空気中の水素濃度が高くなってしまうという問題があった。また、空気流量を低減していることから、生成された水分を十分に排出することが出来ず、空気流路の中に水分が滞留して空気流路が閉塞されてしまう場合がある。生成した水分によって空気流路の閉塞が発生すると、閉塞された空気流路の周辺で燃料電池の劣化が発生するという問題がある。【０００８】
しかし、特許文献１に記載された従来技術では、低効率運転の際に空気流路の閉塞が発生してもそれを判別することはできず、特許文献２に記載された従来技術は、空気流量を減少させる低効率運転に適用することができず、低効率運転の際の空気流路の閉塞の判定もすることが出来ない。【０００９】
本発明の目的は、燃料電池システムにおいて、低効率運転の安定性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃料電池システムは、酸化剤ガス流路に供給される酸化剤ガスと、燃料ガス流路に供給される燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に供給する酸化剤ガスの量と燃料電池の電圧を調整する制御部と、を備え、制御部は、酸化剤ガスのストイキ比を通常運転の際の酸化剤ガスのストイキ比よりも小さくし、燃料電池からの廃熱を通常運転の際よりも大きくする低効率運転の際に、酸化剤ガスのストイキ比と燃料電池の電圧とに基づいて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定する閉塞度合い判定手段を備えること、を特徴とする。【００１１】
本発明の燃料電池システムにおいて、閉塞度合い判定手段は、酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の電圧と燃料電池の運転電圧との電圧差に応じて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定すること、としても好適ある。【００１２】
本発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池の温度を取得する温度センサと、燃料電池の電圧を取得する電圧センサと、燃料電池の出力電流を取得する電流センサと、酸化剤ガスの流量を取得する流量取得手段と、を備え、制御部は、温度センサによって取得した燃料電池の温度に基づいて燃料電池の基準電流電圧特性を計算する基準電流電圧特性計算手段と、流量取得手段によって取得した酸化剤ガスの流量から酸化剤ガスのストイキ比を計算するスイトキ比計算手段と、計算した基準電流電圧特性に基づいて電流センサによって取得した燃料電池の運転電流に対する基準電圧を計算し、計算した基準電圧から電圧センサによって取得した燃料電池の運転電圧を引いて酸化剤濃度過電圧を計算する酸化剤濃度過電圧計算手段と、を含み、閉塞度合い判定手段は、酸化剤ガスのストイキ比と酸化剤濃度過電圧に基づいて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定すること、としても好適である。【００１３】
本発明の燃料電池システムにおいて、閉塞度合い判定手段は、酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の基準酸化剤濃度過電圧と酸化剤濃度過電圧計算手段によって計算した酸化剤濃度過電圧との電圧差に応じて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定すること、としても好適である。【００１４】
本発明の燃料電池システムにおいて、制御部は、酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の電圧と燃料電池の運転電圧との電圧差が所定の閾値よりも大きい場合には、燃料電池の電圧を上昇させて低効率運転から通常運転に移行した後、酸化ガス流量を増大させるブロー運転を行う酸化剤ガス流路ブロー手段を備えること、としても好適である。【００１５】
本発明の燃料電池システムにおいて、制御部は、酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の基準酸化剤濃度過電圧と酸化剤濃度過電圧計算手段によって計算した酸化剤濃度過電圧との電圧差が所定の閾値よりも大きい場合には、燃料電池の電圧を上昇させて低効率運転から通常運転に移行した後、酸化ガス流量を増大させるブロー運転を行う酸化剤ガス流路ブロー手段を備えること、としても好適である。【００１６】
本発明の燃料電池システムにおいて、酸化剤ガスは空気であり、燃料ガスは水素であり、制御部は、酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の電圧と燃料電池の運転電圧との電圧差に応じてポンピング水素量を理論ポンピング水素量から増大させて補正ポンピング水素量とするポンピング水素補正手段と、ポンピング水素量補正手段によって補正した補正ポンピング水素量に基づいて必要希釈空気量を計算する必要空気量計算手段と、空気流量を必要空気量計算手段によって計算した必要希釈空気流量に増加させる空気流量増大手段と、を備えること、としても好適である。【００１７】
本発明の燃料電池システムにおいて、酸化剤ガスは空気であり、燃料ガスは水素であり、制御部は、酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の基準酸化剤濃度過電圧と酸化剤濃度過電圧計算手段によって計算した酸化剤濃度過電圧との電圧差に応じてポンピング水素量を理論ポンピング水素量から増大させて補正ポンピング水素量とするポンピング水素補正手段と、ポンピング水素量補正手段によって補正した補正後ポンピング水素量に基づいて必要希釈空気量を計算する必要空気量計算手段と、空気流量を必要空気量計算手段によって計算した必要希釈空気流量に増加させる空気流量増大手段と、を備えること、としても好適である。【００１８】
本発明の燃料電池システムにおいて、閉塞度合い判定手段は、酸化剤ガスのストイキ比が１．０よりも小さい場合に、酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の電圧より燃料電池の運転電圧が高くなった度合いに応じて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定すること、としても好適であるし、酸化剤ガスのストイキ比が１．０よりも小さい場合に、酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の基準酸化剤濃度過電圧よりも酸化剤濃度過電圧計算手段によって計算した酸化剤濃度過電圧が低くなった度合いに応じて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定すること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、燃料電池システムにおいて、低効率運転の安定性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池システムの構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施形態における燃料電池システムの水つまり判定のフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態における燃料電池システムの通常運転と低効率運転の電流電圧特性である。
【図４】本発明の実施形態における燃料電池システムのエアストイキ比に対する運転電圧の変化を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態における燃料電池のセル間の圧力損失比のバラツキの変化を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態における燃料電池システムの他の水つまり判定のフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態における燃料電池システムのエアストイキ比に対するエア濃度過電圧の変化を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態における燃料電池システムのエアブロー動作のフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態における燃料電池システムのエアブロー動作の際の燃料手電池の運転点の変化を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施形態における燃料電池システムの希釈空気流量計算のフローチャートである。
【図１１】本発明の実施形態における燃料電池システムのエアストイキ比に対するポンピング水素量の変化を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施形態における燃料電池システムの正常状態でのエア濃度過電圧Ｖｅ2と運転エア濃度過電圧Ｖｅ1との電圧差ΔＶｅに対するポンピング水素量の補正係数を示の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本実施形態の燃料電池システム１００の燃料電池１１は、酸化剤ガスとして酸素を含む空気を用い、燃料ガスとして水素を用いている。酸化剤ガスである空気は大気から空気流量計１４を介して空気吸込み管路１６から空気圧縮機１２に吸込まれ、空気圧縮機１２によって加圧された吐出空気は空気供給管路１７から燃料電池１１に供給される。燃料電池１１内に入った空気は、燃料電池１１の内部に設けられた空気流路を通過しながら水素系統から供給された水素と反応し酸素が減少する。そして反応の結果の生成水が水蒸気あるいは水滴として空気流路中に増えてくる。反応後の水分量が増加した空気は燃料電池１１内部の空気流路から空気排出管路１８に排出される。また、吸い込んだ空気の内の一部の空気を燃料電池１１に供給せず、空気排出管路１８に流出させるバイパス管路１９が設けられ、バイパス管路１９にはバイパス空気流量を調整するバイパス弁１５が設けられている。空気排出管路１８とバイパス管路１９とは合流して排気管路２０に接続されている。排気管路２０に流入した空気は大気放出口２７から大気に排気される。燃料電池システム１００に流入する空気流量は空気圧縮機１２のモータ１３の回転数を調整することによって調節される。
【００２２】
燃料ガスである水素ガスは水素ガスタンク２１に貯留されている。水素は水素ガスタンク２１から水素供給管路２２を通って燃料電池１１の内部の水素流路に供給される。燃料電池１１の水素流路に流入した水素の一部は発電によって消費されるが、消費されなかった燃料電池１１の内部の水素流路から水素出口管路２４に排出される。水素出口管路２４に排出された反応後の水素ガス等は、水素循環管路２５の水素ポンプ２３によって加圧されて、水素供給管路２２に循環する。発電によって水素が消費され水素濃度が低下してくると、水素排出弁２８が開となり、反応後の水素ガスは水素排出管路２６から排気管路２０に排出され、排出空気によって希釈されて大気放出口２７から大気に放出される。
【００２３】
燃料電池１１には負荷３２が接続され、燃料電池１１から負荷３２への出力電圧を取得する電圧センサ２９と、出力電流を取得する電流センサ３０が設けられている。また、燃料電池１１にはその温度を取得するための温度センサ３１が取り付けられている。空気圧縮機１２のモータ１３、バイパス弁１５、水素ポンプ２３、水素排出弁２８は制御部５０に接続され、制御部５０からの指令によって動作するよう構成されている。また、空気流量計１４、電圧センサ２９、電流センサ３０、温度センサ３１はそれぞれ制御部５０に接続され、取得した各信号を制御部５０に入力することができるよう構成されている。制御部５０は、内部に信号処理を行うＣＰＵと制御プログラム、制御用データ等を格納するメモリとを含むコンピュータである。なお、図１において、一点鎖線は信号線を示す。
【００２４】
燃料電池システム１００の動作について説明する前に、燃料電池１１の通常運転と低効率運転について説明する。燃料電池１１は負荷３２への出力電力に対して理論上必要とされる空気、及び水素ガスよりも多量の空気、水素ガスを供給して運転される。出力電力に対して理論上必要とされる空気に対する実際に燃料電池に供給される空気流量の比率をエアストイキ比といい、出力電力に対して理論上必要とされる水素ガスに対する実際に燃料電池に供給される水素ガスの量の比率を水素ガスストイキ比という。通常運転では、エアストイキ比を１．５から２．０程度、水素ガスストイキ比を１．１から１．２程度にして運転することが多い。つまり、電気出力に対して理論上必要とされる水素ガスの１．１から１．２倍の水素ガスを燃料電池１１に供給し、電気出力に対して理論上必要とされる空気流量１．５から２．０倍の空気を燃料電池１１に供給して運転する。この様に、水素ガス、空気ともに所定のストイキ比として燃料電池１１を運転した場合、燃料電池１１の出力電流と出力電圧との関係は、図３の曲線ａに示すようになり、空気流量、水素ガス流量が多少変化してもその曲線ａは変化せず、曲線ａに沿って出力電圧、出力電流が決まってくる。この様に、水素ガス、空気を電気出力に対して理論上必要な量以上に供給し、燃料電池１１の電流電圧特性を安定させた状態での運転状態が通常運転である。図３に示すように、燃料電池１１からの出力電流がＩ1の場合、その電流Ｉ1での電圧は基準電圧Ｖ0となる。
【００２５】
これに対して、燃料電池１１への供給空気流量を通常運転の状態から減少させ、エアストイキ比が１．０よりも小さい、すなわち、理論上出力に必要な空気量よりも少ない空気量しか供給しない場合には燃料電池１１の出力電流電圧特性は図３の曲線ａから曲線ｂのように変化する。図３に示すように、燃料電池１１からの出力電流がＩ1で運転された場合、運転電圧はＶ1となり、基準電圧Ｖ0との電圧差はエア濃度過電圧Ｖｅ1となる。このエア濃度過電圧Ｖｅ1が大きいほど燃料電池１１の損失が大きく発熱が大きくなる。この様に、燃料電池１１に供給する空気の流量を低減してエアストイキ比を下げることによって燃料電池１１の効率を下げて廃熱によって燃料電池１１の暖機を行うことができる。このような運転が低効率運転である。
【００２６】
図３に示すように、燃料電池１１からの出力電流を運転電流Ｉ1に固定した場合、通常運転状態からエアストイキ比を下げると運転電圧Ｖ1は基準電圧Ｖ0から低下してくる。図４の曲線ｃから曲線ｆは、燃料電池１１からの出力電流を運転電流Ｉ1に固定した場合、エアストイキ比が変化した際の運転電圧Ｖ1の変化の様子を示したもので、曲線ｃは空気流路に水つまりがない場合のエアストイキ比に対する運転電圧Ｖ1の変化を示し、曲線ｄから曲線ｆは空気流路に水つまりがある場合のエアストイキ比に対する運転電圧Ｖ1の変化を示し、曲線ｄは水つまりの度合いが低い場合を示し、曲線ｆは水つまりの度合いが大きい場合を示している。
【００２７】
燃料電池１１は、各セル、各流路に均等に空気が流れている場合には、理論上はエアストイキ比が１．０になると発電を開始することとなる。従って、理論的にはエアストイキ比が１．０以下では運転電圧Ｖ1はほとんどゼロで、エアストイキ比が１．０を越えると各セルで一斉に発電が開始され、運転電圧Ｖ1はほとんどゼロの状態から急速に基準電圧Ｖ0になるような変化をする。しかし、図５（ａ）に示すように、水つまりのない正常状態でも各セル間の圧力損失にはバラツキがあり、平均圧力損失を１．０とした場合、圧力損失比は０．９から１．０程度までのバラツキがある。このため、圧力損失比の低いセルは他のセルよりも空気流量が多くなることから、全体のエアストイキ比が１．０に達する前に一部のセルではセル単体でのエアストイキ比が１．０に達して発電が開始される。また、逆に圧力損失の大きいセルでは、全体のエアストイキ比が１．０に達してもセル単体でのエアストイキ比が１．０に達せず、例えば、全体のエアストイキ比が１．１程度に達して初めて発電が開始される。このため、正常状態の実際の燃料電池１１のエアストイキ比に対する運転電圧Ｖ1は、図４の曲線ｃに示すように、エアストイキ比が０．９程度から急速に立ち上がり、エアストイキ比が１．１程度でかなり基準電圧Ｖ0に近い電圧となり、その後なだらかに基準電圧Ｖ0に向って上昇していく立ち上がりの急なＳ字カーブとなる。
【００２８】
低効率運転においては空気の流量を通常運転よりも低減した運転としているので、空気極に生成された水分或いは水滴が空気量路から十分に排出されず、空気流路の一部に水つまりが発生する場合がある。この場合には、図５（ｂ）に示すように、セル間の圧力損失比のバラツキが０．７程度から１．３程度の間に分布する様になってくる。このため、水つまりが発生した場合には、例えば、エアストイキ比が０．７程度でも水つまりが発生していない圧力損失比の小さいセルではセル単体のエアストイキ比が１．０となって発電が開始される。逆に、水つまりで圧力損失が上昇するセル間の圧力損失比の大きなセルでは、例えばエアストイキ比が１．３程度とならないと発電を開始しなくなる。このため、水つまりが発生した際は、水つまりの発生していない場合に比較して低いエアストイキ比から運転電圧Ｖ1の上昇が始まり、水つまりの発生していない場合に比較して高いエアストイキ比で運転電圧Ｖ1が基準電圧Ｖ0近傍に到達する。水つまりの度合いが大きいほどセル間圧力損失比のバラツキは大きくなるので、水つまりの度合いが大きくなるほど低いエアストイキ比から運転電圧Ｖ1の上昇が始まり、高いエアストイキ比で運転電圧Ｖ1が基準電圧Ｖ0近傍に到達する。すなわち、エアストイキ比の上昇による運転電圧Ｖ1の立ち上がりが緩やかになる。そして、図４に示すように、燃料電池１１からの出力電流を運転電流Ｉ1に固定してエアストイキ比を変化させた場合、運転電圧Ｖ1は、水つまりのない状態の運転電圧Ｖ1の変化を示す曲線ｃよりも立ち上がりの少ない一点鎖線の曲線ｄから曲線ｆで示す立つ上がりの緩やかなＳ字カーブとなり、水つまりの度合いが大きいほど運転電圧Ｖ1は曲線ｆに近い変化を示し、水つまりの度合いが小さいほど運転電圧Ｖ1は曲線ｃに近い変化を示す。
【００２９】
図４に示すように、水つまりの発生した場合、上記のように運転電圧Ｖ1が変化することから、エアストイキ比が１．０近傍よりも低い領域では、燃料電池１１からの出力電流を運転電流Ｉ1に固定して運転した場合、その運転電圧Ｖ1は水つまりの度合いが大きいほど水つまりのない正常状態の運転電圧Ｖ2よりも高くなる。また、エアストイキ比が１．０近傍よりも大きく、通常運転のエアストイキ比Ｓ0よりも低い状態で運転した場合には、その運転電圧は水つまりのない場合よりも低くなる。そして、水つまりのない正常状態の運転電圧と水つまりの発生している場合の運転電圧の電圧差ΔＶは、同じエアストイキ比では水つまりの度合いが大きくなるほど大きくなる。
【００３０】
制御部５０は図２のステップＳ１０１に示すように、以上説明したような低効率運転を開始する。低効率運転の制御の方法は、いろいろ考えられるが、低効率運転で出力する電力、に応じて予め設定した所定量の空気と水素ガスとを燃料電池に供給して燃料電池１１の運転を開始した後、負荷側の電圧を制御することによって燃料電池１１の運転電圧Ｖ1を固定し、必要電力となるよう空気流量を調整して出力電流を所定のＩ1に調整する方法がある。この場合、燃料電池１１の出力電圧、出力電流を低効率運転で負荷が消費することの出来る電力にすることが出来るが、エアストイキ比は予め設定したエアストイキ比よりもずれてくる。
【００３１】
図２から図５を参照しながら、以上説明した燃料電池システム１００を低効率運転した際の燃料電池１１内部の空気流路の水つまり判定動作について説明する。図２のステップＳ１０１に示すように、制御部５０は燃料電池１１を始動した後、低効率運転を開始し、図２に示すステップＳ１０２に示すように、図１に示す電圧センサ２９によって燃料電池１１の運転電圧Ｖ1を取得し、図２のステップＳ１０３に示すように、電流センサ３０によって燃料電池１１の運転電流Ｉ1を取得する。次に、制御部５０は、図２のステップＳ１０４に示すように、空気流量計１４によって燃料電池システム１００の吸い込み空気流量を取得する。そして、制御部５０はバイパス弁１５が開いている場合には、その開度からバイバス流量を計算し、吸い込み空気流量からバイパス流量を差し引いた流量を燃料電池１１への供給空気流量とする。制御部５０は、図２のステップＳ１０５に示すように、取得した運転電圧Ｖ1と運転電流Ｉ1とから燃料電池１１の負荷３２への出力電力を算出し、その出力電力のために理論的に必要な理論必要空気流量を計算する。そして燃料電池１１への供給空気流量を必要理論空気流量で割って運転エアストイキ比Ｓ1を算出する。
【００３２】
制御部５０は運転電圧Ｖ1の取得と運転エアストイキ比Ｓ1の計算とが終了したら、図２のステップＳ１０６に示すように、図４に示すマップ上でエアストイキ比が運転エアストイキ比Ｓ1の際の正常状態での運転電圧Ｖ2と運転電圧Ｖ1との電圧差ΔＶを取得する。そして、図２のステップＳ１０７に示すように、取得した電圧差ΔＶが所定の閾値よりも大きくなっていた場合には、水つまりが発生していると判定し、電圧差ΔＶが所定の閾値よりも大きくなっていない場合には、水つまりは発生していないと判定する。制御部５０は、電圧差ΔＶの大きさに基づいて空気流路の水つまり度合いを判定するようにしても良い。水つまり度合いは、例えば、電圧差ΔＶに応じて、複数段階の水つまりレベルを設定し、どの水つまりレベルかを出力するようにしてもよい。
【００３３】
以上述べた実施形態では、燃料電池１１の低効率運転中に空気流路の水つまりを判定することができるので、水つまりによって燃料電池１１の運転が不安定になることを抑制することが出来る。
【００３４】
次に図６、図７を参照しながら、本実施形態の燃料電池システム１００の他の水つまり判定方法について説明する。図１から図５を参照して説明したのと同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。本実施形態は、運転エアストイキ比に対するエア濃度過電圧Ｖｅのマップに基づいて水つまりを判定するものである。
【００３５】
先に、図３を参照して説明したように、燃料電池１１を運転電流Ｉ1で抵効率運転した場合、その運転電圧Ｖ1は、運転電流Ｉ1で通常運転した際の基準電圧Ｖ0よりも低くなる。この基準電圧Ｖ0と運転電圧Ｖ1との電圧差が運転エア濃度過電圧Ｖｅ1となる。図３の曲線ａで示す燃料電池１１の通常運転の際の電流電圧特性、曲線ｂで示す低効率運転の際の電流電圧特性は、燃料電池１１の温度によって変化してしまうので、燃料電池１１の様々な運転温度に対し図４に示したマップに基づいて水つまりの判断を行う場合には、燃料電池１１の温度毎に複数のマップを参照することが必要となる。一方、図３の曲線ａで示す燃料電池１１の通常運転の際の電流電圧特性、曲線ｂで示す低効率運転の際の電流電圧特性が温度によって変化しても、その差のエア濃度過電圧Ｖｅは大きく変化しない。そこで、本実施形態は、エア濃度過電圧Ｖｅを計算し、エア濃度過電圧Ｖｅとエアストイキ比とのマップに基づいて水つまりの判定を行うようにして、燃料電池１１の温度が変化した際に先に図１から図５を参照して説明した実施形態より計算の単純化と効率化ができるようにしたものである。
【００３６】
図６に示すように、制御部５０は燃料電池システム１００を始動した後、ステップＳ２０１に示すように、低効率運転を開始する。制御部５０は、図６に示すステップＳ２０２に示すように、図１に示す温度センサ３１によって燃料電池１１の運転温度Ｔ1を取得し、図６のステップＳ２０３に示すように、電流センサ３０から燃料電池１１の出力電流である運転電流Ｉ1を取得し、図６のステップＳ２０４に示すように、電圧センサ２９から燃料電池１１の運転電圧Ｖ1を取得する。
【００３７】
制御部５０は、図６のステップＳ２０５に示すように、取得した燃料電池１１の温度からメモリの中に温度毎に準備してあるエアストイキ比Ｓ0の通常運転の際の複数の電流電圧特性から１つの電流電圧特性を選択し、この選択した電流電圧特性と取得した運転電流Ｉ1とから運転電流Ｉ1、運転温度Ｔ1の際の基準電圧Ｖ0を取得する。次に、制御部５０は、図６のステップＳ２０６及び図３に示すように、取得した基準電圧Ｖ0から燃料電池１１の運転電圧Ｖ1を引いて運転電流Ｉ1，温度Ｔ1の際の運転エア濃度過電圧Ｖｅ1を計算する。制御部５０は図６のステップＳ２０７に示すように、空気流量計１４によって燃料電池システム１００の吸い込み空気流量を取得し、図６のステップＳ２０８に示すように、先に説明した実施形態と同様の方法で運転エアストイキ比Ｓ1を算出する。
【００３８】
図４に示すように、エア濃度過電圧Ｖｅ1は基準電圧Ｖ0と運転電圧Ｖ1との差となることから、エアストイキ比が小さくなるにつれてエア濃度過電圧は大きくなって基準電圧Ｖ0に近くなり、エアストイキ比が大きくなるにつれてエア濃度過電圧は小さくなって、通常運転でのエアストイキ比Ｓ0でゼロとなる。そして、燃料電池１１からの出力電流を運転電流Ｉ1に固定してエアストイキ比を変化させた場合、エア濃度過電圧Ｖｅは、図７に示すように、水つまりのない状態のエア濃度過電圧Ｖｅの変化を示す曲線ｇよりも立ち下がりの少ない一点鎖線の曲線ｈから曲線ｊで示す立つ上がりの緩やかなＳ字カーブとなり、水つまりの度合いが大きいほどエア濃度過電圧Ｖｅは曲線ｊに近い変化を示し、水つまりの度合いが小さいほどエア濃度過電圧Ｖｅは曲線ｈに近い変化を示す。
【００３９】
図７に示すように、水つまりの発生した場合、上記のようにエア濃度過電圧Ｖｅが変化することから、エアストイキ比が１．０近傍よりも低い領域では、燃料電池１１からの出力電流を運転電流Ｉ1に固定して運転した場合、その運転エア濃度過電圧Ｖｅ1は水つまりの度合いが大きいほど水つまりのない正常状態のエア濃度過電圧Ｖｅ2よりも低くなる。また、エアストイキ比が１．０近傍よりも大きく、通常運転のエアストイキ比Ｓ0よりも低い状態で運転した場合には、その運転エア濃度過電圧Ｖｅ1は水つまりのない場合よりも高くなる。そして、水つまりのない正常状態の運転エア濃度過電圧Ｖｅ2と水つまりの発生している場合の運転エア濃度過電圧Ｖｅ1の電圧差ΔＶｅは、同じエアストイキ比では水つまりの度合いが大きくなるほど大きくなる。
【００４０】
制御部５０は運転エア濃度過電圧Ｖｅ1の取得と運転エアストイキ比Ｓ1の計算とが終了したら、図２のステップＳ２０９に示すように、図７に示すマップ上でエアストイキ比が運転エアストイキ比Ｓ1で正常状態でのエア濃度過電圧Ｖｅ2と運転エア濃度過電圧Ｖｅ1との電圧差ΔＶｅを取得する。そして、図６のステップＳ２１０に示すように、取得した電圧差ΔＶｅが所定の閾値よりも大きくなっていた場合には、水つまりが発生していると判定し、電圧差ΔＶｅが所定の閾値よりも大きくなっていない場合には、水つまりは発生していないと判定する。また、電圧差ΔＶｅの大きさに基づいて空気流路の水つまり度合いを判定するようにしても良い。水つまり度合いは、例えば、電圧差ΔＶｅに応じて、複数段階の水つまりレベルを設定し、どの水つまりレベルかを出力するようにしてもよい。
【００４１】
以上述べた実施形態では、先に図１から５を参照して説明した実施形態と同様の効果に加え、少ない数のマップによって水つまりの判定を行うことができ、制御を簡便にすることが出来るという効果を奏する。
【００４２】
次に、図８、図９を参照しながら低効率運転の際に水つまりが発生した際のエアブロー運転について説明する。先に図１から図７を参照して説明したのと同様の部分については説明を省略する。
【００４３】
制御部５０は、図８のステップＳ３０１からステップＳ３０９に示すように、図６、図７を参照して説明した実施形態と同様のステップでエアストイキ比が運転エアストイキ比Ｓ1の際の正常状態でのエア濃度過電圧Ｖｅ2と運転エア濃度過電圧Ｖｅ1の電圧差ΔＶｅを取得する。そして、図８のステップＳ３１０に示すように、取得した電圧差ΔＶｅが所定の閾値よりも大かいかどうかを判断し、電圧差ΔＶｅが所定の閾値よりも大きい場合には、水つまりの度合いが大きく、エアブローが必要と判断する。そして、制御部５０は図８のステップＳ３１１に示すように、低効率運転中断処理を行う。また、取得した電圧差ΔＶｅが所定の閾値に達しない場合には図８のステップＳ３０２に戻って水つまり監視を継続する。
【００４４】
図９に示すように、低効率運転中は、燃料電池１１は電流電圧特性を示す曲線ｂの上で運転電圧Ｖ1、運転電流Ｉ1で運転されている。この状態で、空気流量増加させてしまうと、燃料電池の電流電圧特性は通常運転の電流電圧特性を示す曲線ａに向って変化するため、運転電圧Ｖ1を一定にした場合、電流が増大し、負荷が必要とする以上の電力を出力してしまうこととなる。
【００４５】
そこで、制御部５０は、まず負荷３２の電圧を上昇させ、燃料電池１１の運転電圧をＶ1から上昇させると共に、図９に点線で示す等出力曲線ｋに沿って燃料電池１１の出力電流が変化するように、空気圧縮機１２のモータ１３の回転数を調整して空気供給量を調整する。そして、制御部５０は燃料電池１１の運転点を運転電圧Ｖ1，運転電流Ｉ1，運転エアストイキ比Ｓ1の運転点Ｐ1から等出力曲線ｋに沿って、通常運転の電圧電流特性を示す曲線ａ上の運転点Ｐ3に移動させる。運転点Ｐ3では、燃料電池１１は、運転電圧Ｖ3，運転電流Ｉ3，運転エアストイキ比Ｓ3で運転される。この運転点Ｐ3は通常運転の電流電圧特性の曲線ａの上にある運転点であることから、例えば、電流が変化した際にこの曲線ａに沿って出力電圧が変化するが、空気流量を変化させても燃料電池１１の出力電圧、出力電流は変化しない運転点である。この様に、制御部５０は、燃料電池１１の運転電圧Ｖ1を上昇させ、運転点を通常運転の電流電圧特性を示す曲線ａの上に移動させることにより、低効率運転を中断する。
【００４６】
制御部５０は、低効率運転を中断した後、図８のステップＳ３１２に示すように、空気圧縮機１２のモータ１３の回転数を上昇させて燃料電池１１への空気流量を増加させ、空気流路に滞留している水をブローする。この際の空気流量は空気圧縮機１２の最大空気流量としても良いし、別途所定の設定値まで空気流量を上昇させるようにしてもよい。
【００４７】
図８のステップＳ３１３に示すように、制御部５０は、エアブロー処理が終了したら、低効率運転を再開する。制御部５０は、低効率運転の運転点Ｐ1から通常運転の電流電圧特性の曲線ａの上にある運転点Ｐ3への移行と逆の要領で、等出力曲線ｋに沿って出力が燃料電池１１の出力電圧、出力電流が移動するように、負荷３２の電圧を低下させて燃料電池１１の出力電流を低下させると共に、等出力曲線ｋに沿って出力電流が変化するように空気流量、エアストイキ比を調整する。そして、燃料電池１１の運転点を低効率運転の運転点Ｐ1に戻して低効率運転と水つまりの監視を継続する。そして、低効率運転の途中に電圧差ΔＶｅが所定の閾値よりも大きくなった場合には、再度エアブロー処理を行う。
【００４８】
本実施形態は、低効率運転中に水つまりの判定を行い、その判定に基づいて空気流路のエアブロー処理を行うので、低効率運転を安定して継続することが出来るという効果を奏する。
【００４９】
次に、低効率運転の際に生成されるポンピング水素の希釈処理について説明する。燃料電池システム１００の動作について説明する前に、ポンピング水素の発生について説明する。燃料電池１１で発生するポンピング水素の理論発生量ＷH0は、以下の式で示される。
ＷH0＝（１−Ｓ1）×Ｉ1×ｎ／（２×Ｆ）×２２．４×６０
ここで、
ＷH0：ポンピング水素の理論発生量
Ｓ1：運転エアストイキ比
Ｉ1：燃料電池の運転電流
Ｆ：ファラデー係数
ｎ：セル枚数
つまり、理論上、ポンピング水素はエアストイキ比が１．０以下になると、燃料電池１１の運転電流Ｉ1に比例して発生し、燃料電池１１の運転電流Ｉ1、運転エアストイキ比Ｓ1から計算することが出来る。しかし、先に図５（ａ）を参照して説明した様に、セル間の圧力損失比にはバラツキがあることから、燃料電池１１全体のエアストイキ比が１．０以上であってもセルによっては空気流量が不足し、セル単体でエアストイキ比が１．０を下回る部分が発生し、このセルでポンピング水素が発生してしまう。そして、空気流路に水つまりが発生すると、セル間の圧力損失比のバラツキが大きくなることから、空気流量の不足でポンピング水素の発生するセルが増加する。このため、図１１の曲線ｃ’からｆ’に示すように、水つまりの度合いが大きくなると、ポンピング水素の発生量が増加してくる。ここで、曲線ｃ’から曲線ｆ’は図４に示す曲線ｃから曲線ｄ、図７に示す曲線ｈから曲線ｊの各水つまり度合いに対応する水つまり度合いとなった際のポンピング水素の発生量を示す曲線である。図１１に示すように、水つまり度合いが大きくなると、ポンピング水素の発生量は図１１に示す理論発生量ＷH0よりも大きくなる。また、図６、図７を参照して説明した運転エアストイキ比Ｓ1の際の正常状態でのエア濃度過電圧Ｖｅ2と運転エア濃度過電圧Ｖｅ1の電圧差ΔＶｅは水つまり度合いが大きくなると増大するので、この電圧差ΔＶｅに基づいてポンピング水素の発生量の理論発生量ＷH0 に対する特性カーブは図１３のようになる。制御部５０は図１２に示すマップをメモリに格納している。
【００５０】
次に、ポンピング水素の希釈処理動作について図１０、図１１を参照しながら説明する。制御部５０は、図１０のステップＳ４０１からステップＳ４０９に示すように、図６、図７を参照して説明した実施形態と同様のステップでエアストイキ比が運転エアストイキ比Ｓ1の際の正常状態でのエア濃度過電圧Ｖｅ2と運転エア濃度過電圧Ｖｅ1の電圧差ΔＶｅを取得する。そして、図１０のステップＳ４１０に示すように、制御部５０は図１２に示すマップからポンピング水素の理論発生量ＷH0に対する補正係数を取得し、理論発生量ＷH0に補正係数を掛けて、補正ポンピング水素量を計算する。制御部５０は図１０のステップＳ４１１に示すように、補正ポンピング水素量を希釈水素濃度で割って、必要希釈空気流量を計算する。そして、制御部５０はこの必要希釈空気流量に燃料電池１１の低効率運転の運転エアストイキ比Ｓ1に必要な空気流量を加えた空気流量を吸い込み空気流量として設定し、図１０のステップＳ４１３に示すように、空気圧縮機１２のモータ１３の回転数を増加させて吸い込み空気流量を増加させる。そして、バイパス弁１５を開として、増加させた空気が燃料電池１１に流入せずにバイパス管路１９から排気管路２０に流れるようにして、燃料電池１１の低効率運転を維持しつつ、排出空気の水素ガス濃度を所定の希釈濃度以下にする。
【００５１】
本実施形態は、低効率運転中に水つまりの度合に応じて増加するポンピング水素による排出水素濃度の増加を抑制することがでるので、低効率運転を安定して継続することが出来るという効果を奏する。
【符号の説明】
【００５２】
１１  燃料電池、１２  空気圧縮機、１３  モータ、１４  空気流量計、１５  バイパス弁、１６  空気吸込み管路、１７  空気供給管路、１８  空気排出管路、１９  バイパス管路、２０  排気管路、２１  水素ガスタンク、２２  水素供給管路、２３  水素ポンプ、２４  水素出口管路、２５  水素循環管路、２６  水素排出管路、２７  大気放出口、２８  水素排出弁、２９  電圧センサ、３０  電流センサ、３１  温度センサ、３２  負荷、５０  制御部、１００  燃料電池システム。
【図１】
2011013226.tif 000003
【図２】
2011013226.tif 000004
【図３】
2011013226.tif 000005
【図４】
2011013226.tif 000006
【図５】
2011013226.tif 000007
【図６】
2011013226.tif 000008
【図７】
2011013226.tif 000009
【図８】
2011013226.tif 000010
【図９】
2011013226.tif 000011
【図１０】
2011013226.tif 000012
【図１１】
2011013226.tif 000013
【図１２】
2011013226.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月22日(2011.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の燃料電池システムは、酸化剤ガス流路に供給される空気と、燃料ガス流路に供給される水素との電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に供給する空気の量と燃料電池の電圧を調整する制御部と、を備え、制御部は、空気のストイキ比を通常運転の際の空気のストイキ比よりも小さくし、燃料電池からの廃熱を通常運転の際よりも大きくする低効率運転の際に、空気のストイキ比に対する正常時の燃料電池の電圧と燃料電池の運転電圧との電圧差に応じて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定する閉塞度合い判定手段と、空気のストイキ比に対する正常時の燃料電池の電圧と燃料電池の運転電圧との電圧差に応じてポンピング水素量を理論ポンピング水素量から増大させて補正ポンピング水素量とするポンピング水素補正手段と、ポンピング水素量補正手段によって補正した補正ポンピング水素量に基づいて必要希釈空気量を計算する必要空気量計算手段と、空気流量を必要空気量計算手段によって計算した必要希釈空気流量に増加させる空気流量増大手段と、を備えることを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池の温度を取得する温度センサと、燃料電池の電圧を取得する電圧センサと、燃料電池の出力電流を取得する電流センサと、空気の流量を取得する流量取得手段と、を備え、制御部は、温度センサによって取得した燃料電池の温度に基づいて燃料電池の基準電流電圧特性を計算する基準電流電圧特性計算手段と、流量取得手段によって取得した空気の流量から空気のストイキ比を計算するスイトキ比計算手段と、計算した基準電流電圧特性に基づいて電流センサによって取得した燃料電池の運転電流に対する基準電圧を計算し、計算した基準電圧から電圧センサによって取得した燃料電池の運転電圧を引いて酸化剤濃度過電圧を計算する酸化剤濃度過電圧計算手段と、を含み、閉塞度合い判定手段は、空気のストイキ比に対する正常時の燃料電池の基準酸化剤濃度過電圧と酸化剤濃度過電圧計算手段によって計算した酸化剤濃度過電圧との電圧差に応じて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定すること、としても好適である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
酸化剤ガス流路に供給される空気と、燃料ガス流路に供給される水素との電気化学反応により発電する燃料電池と、
燃料電池に供給する空気の量と燃料電池の電圧を調整する制御部と、を備え、
制御部は、
空気のストイキ比を通常運転の際の空気のストイキ比よりも小さくし、燃料電池からの廃熱を通常運転の際よりも大きくする低効率運転の際に、空気のストイキ比に対する正常時の燃料電池の電圧と燃料電池の運転電圧との電圧差に応じて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定する閉塞度合い判定手段と、
空気のストイキ比に対する正常時の燃料電池の電圧と燃料電池の運転電圧との電圧差に応じてポンピング水素量を理論ポンピング水素量から増大させて補正ポンピング水素量とするポンピング水素補正手段と、
ポンピング水素量補正手段によって補正した補正ポンピング水素量に基づいて必要希釈空気量を計算する必要空気量計算手段と、
空気流量を必要空気量計算手段によって計算した必要希釈空気流量に増加させる空気流量増大手段と、を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
燃料電池の温度を取得する温度センサと、
燃料電池の電圧を取得する電圧センサと、
燃料電池の出力電流を取得する電流センサと、
空気の流量を取得する流量取得手段と、を備え、
制御部は、
温度センサによって取得した燃料電池の温度に基づいて燃料電池の基準電流電圧特性を計算する基準電流電圧特性計算手段と、
流量取得手段によって取得した空気の流量から空気のストイキ比を計算するスイトキ比計算手段と、
計算した基準電流電圧特性に基づいて電流センサによって取得した燃料電池の運転電流に対する基準電圧を計算し、計算した基準電圧から電圧センサによって取得した燃料電池の運転電圧を引いて酸化剤濃度過電圧を計算する酸化剤濃度過電圧計算手段と、を含み、
閉塞度合い判定手段は、空気のストイキ比に対する正常時の燃料電池の基準酸化剤濃度過電圧と酸化剤濃度過電圧計算手段によって計算した酸化剤濃度過電圧との電圧差に応じて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定する燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
閉塞度合い判定手段は、
酸化剤ガスのストイキ比が１．０よりも小さい場合に、酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の電圧より燃料電池の運転電圧が高くなった度合いに応じて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定する燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
閉塞度合い判定手段は、
酸化剤ガスのストイキ比が１．０よりも小さい場合に、酸化剤ガスのストイキ比に対する正常時の燃料電池の基準酸化剤濃度過電圧よりも酸化剤濃度過電圧計算手段によって計算した酸化剤濃度過電圧が低くなった度合いに応じて酸化剤ガス流路の閉塞度合いを判定する燃料電池システム。
【国際調査報告】
2011013226.tif 000015
2011013226.tif 000016
2011013226.tif 000017
2011013226.tif 000018
2011013226.tif 000019
2011013226.tif 000020